WebSocket介紹與原理
WebSocket protocol 是HTML5一種新的協議。它實現了瀏覽器與服務器全雙工通信(full-duplex)。一開始的握手需要借助HTTP請求完成。
——百度百科
目的：即時通訊，替代輪詢
網站上的即時通訊是很常見的，比如網頁的QQ，聊天系統等。按照以往的技術能力通常是采用輪詢、Comet技術解決。
HTTP協議是非持久化的，單向的網絡協議，在建立連接后只允許瀏覽器向服務器發出請求后，服務器才能返回相應的數據。當需要即時通訊時，通過輪詢在特定的時間間隔（如1秒），由瀏覽器向服務器發送Request請求，然后將最新的數據返回給瀏覽器。這樣的方法最明顯的缺點就是需要不斷的發送請求，而且通常HTTP request的Header是非常長的，為了傳輸一個很小的數據 需要付出巨大的代價，是很不合算的，占用了很多的寬帶。
缺點：會導致過多不必要的請求，浪費流量和服務器資源，每一次請求、應答，都浪費了一定流量在相同的頭部信息上
然而WebSocket的出現可以彌補這一缺點。在WebSocket中，只需要服務器和瀏覽器通過HTTP協議進行一個握手的動作，然后單獨建立一條TCP的通信通道進行數據的傳送。
原理
WebSocket同HTTP一樣也是應用層的協議，但是它是一種雙向通信協議，是建立在TCP之上的。
連接過程 —— 握手過程
1. 瀏覽器、服務器建立TCP連接，三次握手。這是通信的基礎，傳輸控制層，若失敗后續都不執行。
2. TCP連接成功后，瀏覽器通過HTTP協議向服務器傳送WebSocket支持的版本號等信息。（開始前的HTTP握手）
3. 服務器收到客戶端的握手請求后，同樣采用HTTP協議回饋數據。
4. 當收到了連接成功的消息后，通過TCP通道進行傳輸通信。
WebSocket與HTTP的關系
相同點
1. 都是一樣基於TCP的，都是可靠性傳輸協議。
2. 都是應用層協議。
不同點
1. WebSocket是雙向通信協議，模擬Socket協議，可以雙向發送或接受信息。HTTP是單向的。
2. WebSocket是需要握手進行建立連接的。
聯系
WebSocket在建立握手時，數據是通過HTTP傳輸的。但是建立之后，在真正傳輸時候是不需要HTTP協議的。
WebSocket與Socket的關系
Socket其實並不是一個協議，而是為了方便使用TCP或UDP而抽象出來的一層，是位於應用層和傳輸控制層之間的一組接口。
Socket是應用層與TCP/IP協議族通信的中間軟件抽象層，它是一組接口。在設計模式中，Socket其實就是一個門面模式，它把復雜的TCP/IP協議族隱藏在Socket接口后面，對用戶來說，一組簡單的接口就是全部，讓Socket去組織數據，以符合指定的協議。
當兩台主機通信時，必須通過Socket連接，Socket則利用TCP/IP協議建立TCP連接。TCP連接則更依靠於底層的IP協議，IP協議的連接則依賴於鏈路層等更低層次。
WebSocket則是一個典型的應用層協議。
區別
Socket是傳輸控制層協議，WebSocket是應用層協議。
HTML5與WebSocket的關系
WebSocket API 是 HTML5 標准的一部分， 但這並不代表 WebSocket 一定要用在 HTML 中，或者只能在基於瀏覽器的應用程序中使用。
實際上，許多語言、框架和服務器都提供了 WebSocket 支持，例如：
* 基於 C 的 libwebsocket.org
* 基於 Node.js 的 Socket.io
* 基於 Python 的 ws4py
* 基於 C++ 的 WebSocket++
* Apache 對 WebSocket 的支持： Apache Module mod_proxy_wstunnel
* Nginx 對 WebSockets 的支持： NGINX as a WebSockets Proxy 、 NGINX Announces Support for WebSocket Protocol 、WebSocket proxying
* lighttpd 對 WebSocket 的支持：mod_websocket
WebSocket 機制
以下簡要介紹一下 WebSocket 的原理及運行機制。
WebSocket 是 HTML5 一種新的協議。它實現了瀏覽器與服務器全雙工通信，能更好的節省服務器資源和帶寬並達到實時通訊，它建立在 TCP 之上，同 HTTP 一樣通過 TCP 來傳輸數據，但是它和 HTTP 最大不同是：
WebSocket 是一種雙向通信協議，在建立連接后，WebSocket 服務器和 Browser/Client Agent 都能主動的向對方發送或接收數據，就像 Socket 一樣；
WebSocket 需要類似 TCP 的客戶端和服務器端通過握手連接，連接成功后才能相互通信。
非 WebSocket 模式傳統 HTTP 客戶端與服務器的交互如下圖所示：
圖 1. 傳統 HTTP 請求響應客戶端服務器交互圖
使用 WebSocket 模式客戶端與服務器的交互如下圖：
圖 2.WebSocket 請求響應客戶端服務器交互圖
上圖對比可以看出，相對於傳統 HTTP 每次請求-應答都需要客戶端與服務端建立連接的模式，WebSocket 是類似 Socket 的 TCP 長連接的通訊模式，一旦 WebSocket 連接建立后，后續數據都以幀序列的形式傳輸。在客戶端斷開 WebSocket 連接或 Server 端斷掉連接前，不需要客戶端和服務端重新發起連接請求。在海量並發及客戶端與服務器交互負載流量大的情況下，極大的節省了網絡帶寬資源的消耗，有明顯的性能優勢，且客戶端發送和接受消息是在同一個持久連接上發起，實時性優勢明顯。
我們再通過客戶端和服務端交互的報文看一下 WebSocket 通訊與傳統 HTTP 的不同：
在客戶端，new WebSocket 實例化一個新的 WebSocket 客戶端對象，連接類似 ws://yourdomain:port/path 的服務端 WebSocket URL，WebSocket 客戶端對象會自動解析並識別為 WebSocket 請求，從而連接服務端端口，執行雙方握手過程，客戶端發送數據格式類似：
清單 1.WebSocket 客戶端連接報文
GET /webfin/websocket/ HTTP/1.1
Host: localhost
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: xqBt3ImNzJbYqRINxEFlkg==
Origin:
http://localhost
:8080
Sec-WebSocket-Version: 13
http://localhost
:8080
Sec-WebSocket-Version: 13
可以看到，客戶端發起的 WebSocket 連接報文類似傳統 HTTP 報文，”Upgrade：websocket”參數值表明這是 WebSocket 類型請求，“Sec-WebSocket-Key”是 WebSocket 客戶端發送的一個 base64 編碼的密文，要求服務端必須返回一個對應加密的“Sec-WebSocket-Accept”應答，否則客戶端會拋出“Error during WebSocket handshake”錯誤，並關閉連接。
服務端收到報文后返回的數據格式類似：
清單 2.WebSocket 服務端響應報文
HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: K7DJLdLooIwIG/MOpvWFB3y3FE8=
“Sec-WebSocket-Accept”的值是服務端采用與客戶端一致的密鑰計算出來后返回客戶端的,“HTTP/1.1 101 Switching Protocols”表示服務端接受 WebSocket 協議的客戶端連接，經過這樣的請求-響應處理后，客戶端服務端的 WebSocket 連接握手成功, 后續就可以進行 TCP 通訊了。
在開發方面，WebSocket API 也十分簡單，我們只需要實例化 WebSocket，創建連接，然后服務端和客戶端就可以相互發送和響應消息，在下文 WebSocket 實現及案例分析部分，可以看到詳細的 WebSocket API 及代碼實現。
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作者：王衛東
來源：CSDN
原文：https://blog.csdn.net/wwd0501/article/details/54582912
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